2.4 跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型-【拔尖特训】2024-2025学年新教材九年级上册化学(科粤版2024)

28 2.4　跨学科实践活动：学习探究水的组成的科学史并制作分子模型 ▶ “答案与解析”见P14 1. (2024·宁波期末)下列关于水的组成和构成 的结论正确的是 ( ) A. 水分子由2个氢元素和1个氧元素构成 B. 水分子由氢分子和氧分子组成 C. 水由2个氢原子和1个氧原子构成 D. 水由氢元素和氧元素组成 2. 纯净的氢气在空气中燃烧,下列现象中,不符 合事实的是 ( ) A. 产生淡蓝色火焰 B. 用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,烧杯内 部有水珠生成 C. 接触罩在火焰上方的烧杯感到发烫 D. 将罩在火焰上方的烧杯倒置并迅速加入少 量澄清石灰水后,澄清石灰水一定变浑浊 3. 我国航天事业在不断发展中,建设空间站要 解决的问题之一是氧气的来源,电解水是其 中一种途径,该反应的微观示意图和装置模 拟图如图所示。 甲 乙 (第3题) (1) 请在图甲的框中画出“反应后”的微观示 意图。 (2) 该反应的文字表达式为 。 (3) 下列叙述中,正确的是 (填字母)。 A. 该反应前后分子种类发生改变,原子种类 没有发生改变 B. 乙中b试管连接的是电源的负极 C. 乙中a、b试管内产生的气体的质量比为 2∶1,可用点燃的方法检验a试管内产生 的气体 4. 下列说法中,正确的是 ( ) A. 因为水电解生成氢气和氧气,所以水是由 氢气和氧气组成的混合物 B. 由水的电解实验可知,水是由氢、氧两种 元素组成的混合物 C. 冰水混合物是由冰和水两种物质组成的 混合物 D. 由水的电解产物可以推知,水是由氢、氧 两种元素组成的化合物 5. (2024·泉州期末)现代技术发达,科技人员 利用太阳能经由铁氧化合物循环分解水的过 程如图: (第5题) (1) 该过程中可循环利用的物质是 (填一种物质的名称)。 (2) 该过程中能量的转化方式为 转 化为 。 答案讲解 6. 实验课上,某实验小组的同学们正 在进行“水的组成”的探究,请你 参与! [提出问题] 水是一种元素吗? [进行实验] 同学们按照如图甲所示的装置 进行了实验。 (第6题) [收集证据] 图甲所示的实验中,同学们观察 到电极附近有 产生;一段时间后,连 接电源正、负极的刻度管内产生的气体体积 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 化学(科粤版)九年级上 29 比约为 。切断电源,打开b管顶端 的活塞,在管口放置一根燃着的木条,会观察 到 。 [讨论分析] 实验时,老师在水中加入了少量 氢氧化钠,目的是 。 [得出结论] 本实验得出的结论是 。 [拓展延伸] 同学们又查阅到了如下资料: Ⅰ. 氢氧化钠是一种强碱,具有腐蚀性。 Ⅱ. 电解水的实验装置也可用如图乙所示的 装置。 Ⅲ. 给含有氯化钠的水通电,会发生如下反 应:氯化钠+水 通电 →氢氧化钠+氢气+氯气。 请你分析思考:和图乙装置相比,图甲装置的 优点是 (任写一点)。进行电解水实验时, (填“能”或“不能”)将氢氧化钠换为 氯化钠。 [总结交流] 化学是以实验为基础的科学,通 过对上述实验的分析对比,归纳出两种改进 实验时需考虑的因素: ① ; ② 。 7. ★水是生命之源,是“永远值得探究的物质”, 人类从未停止过对水的研究。 (1) 1781年,卡文迪什用锌和稀硫酸制得“可 燃空气”,他所说的“可燃空气”的成分是 (填物质名称)。“可燃空气”在纯氧 中燃烧生成水,可得出“水是一个结合物而不 是简单元素。” (2) 1783年,拉瓦锡将水蒸气通过红热的铁 质枪管(高温条件),将水转化为氢气,同时生 成四氧化三铁,实验示意图如图甲所示。上 述反应的文字表达式为 。 (第7题) (3) 1800年,尼科尔森通过电解水得到氢气和 氧气,后人不断研究和改进该实验,现有某同 学在水电解器中加入氢氧化钠溶液(氢氧化钠 不参与反应),至充满管a和管b,通直流电一 段时间后现象如图乙所示。电解结束后将容 器内所有液体倒入烧杯中,下列说法中,正确 的是 (多选,填字母)。 A. 在水中加入氢氧化钠可增强导电性 B. 该实验中,化学能转化为电能 C. 管a与管b中气体的质量比约为1∶2 D. 中间玻璃管中液面会上升 (4) 某研究性学习小组的同学进行电解水实 验,测定了两极逸出气体的体积,记录如表 所示。 电解时间 /min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 负极产生 的气体的 体积/mL 8 16 25 34 44 54 64 74 84 正极产生 的气体的 体积/mL 2 4 7 11 16 21 26 31 36 分析表中的实验数据,你会发现 , min之后,每分钟内负极与正极产 生的气体的体积比为理论比值。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第二单元　空气、物质的构成与组成 学反应中容易失去电子;锶元素和镁元素的化学性质相 似,原因是最外层电子数相等。(3) 由元素周期表可知,Y、 Z在同一周期且Y在Z之前,因此原子序数:Z>Y,a、c正 确;X、Y在同一族,因此它们的核外电子数不同,但最外层 电子数相同,它们具有相似的化学性质,b错误、d正确。 (4) 由题中信息可知,镁原子与锶原子的最外层电子数都 是2,锶原子的核外电子层数比镁原子多,因此锶的失电子 能力比镁的失电子能力强。 9. (1) 核电荷数(或核内质子数)不同 P (2) 核外电子 层数相同,均为2 失去 Mg2+ (3) Na+、Cl- (4) AC [解析] (4) 每个CO与N2分子中原子数均为2,原子中质 子数=核外电子数,所以电子数分别为6+8=14、7×2= 14,电子数相同,是等电子体;每个SO2和CO2分子中原子 数均为3,但电子数分别为16+8×2=32、6+8×2=22,电 子数不同,不是等电子体;每个CO2-3 和NO-3 中原子数均 为4,电子数分别为6+8×3+2=32、7+8×3+1=32,电 子数相同,是等电子体;每个H2O和NH3分子中原子数分 别为3、4,原子数不同,不是等电子体。 2.4　跨学科实践活动：学习探究水的 　　组成的科学史并制作分子模型 1. D 2. D [解析] 纯净的氢气在空气中燃烧,产生淡蓝色火 焰;用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,烧杯内部有水珠生 成;用手触摸烧杯感到发烫;将罩在火焰上方的烧杯倒置 并迅速加入少量澄清石灰水后,澄清石灰水无明显变化。 3. (1) (2) 水 通电 →氢气+氧气 (3) A [解析] (1) 由反应前的微观示意图可知,应在“反应后”的 框中补充一个氧分子和两个氢分子。(2) 水在通电条件下 分解生成氢气和氧气,据此写出反应的文字表达式。 (3) 该反应前后分子种类发生改变,原子种类没有发生改 变,A正确;由电解水时“正氧负氢、氢二氧一”可知,图乙中 b试管内收集的气体较少,是氧气,连接的是电源的正极,B 不正确;由电解水时“正氧负氢、氢二氧一”可知,图乙中a、 b试管内产生的气体分别是氢气和氧气,体积比约为2∶1, 可用点燃的方法检验a试管内产生的气体,C不正确。 4. D [解析] 由水的电解实验可知,水是由氢元素和氧元 素组成的化合物;冰和水是同一种物质的不同状态,冰水 混合物属于纯净物,故A、B、C错误,D正确。 5. (1) 四氧化三铁(或氧化亚铁) (2) 太阳能 化学能 [解析] (1) 由图可知,Ⅰ为四氧化三铁在太阳能的作用下 分解生成氧化亚铁和氧气,Ⅱ为氧化亚铁与水反应生成四 氧化三铁和氢气,故四氧化三铁和氧化亚铁既是反应物又 是生成物,在该过程中可循环利用。(2) 该过程中能量的 转化方式为太阳能转化为化学能。 6. [收集证据] 气泡 1∶2 无色气体燃烧,产生淡蓝色 火焰,放热 [讨论分析] 增强导电性 [得出结论] 水由 氢、氧元素组成(合理答案均可) [拓展延伸] 管上有刻 度,结果更准确(合理答案均可) 不能 [总结交流] ① 改进 实验要更易于操作 ② 改进实验要具备更高的准确性(合 理答案均可) [解析] [收集证据] 水通电分解生成氢气 和氧气,所以观察到电极附近有气泡产生;一段时间后,连 接电源正、负极的刻度管内产生的气体体积比约为1∶2。 b管内气体体积大,为氢气,打开b管顶端的活塞,在管口 放置一根燃着的木条,会观察到无色气体燃烧,产生淡蓝 色火焰,放热。[讨论分析] 加入少量氢氧化钠,目的是增 强导电性。[得出结论] 水通电分解生成氢气和氧气,所以 本实验得出的结论是水由氢、氧元素组成等。[拓展延伸] 图甲装置的优点是管上有刻度,结果更准确,更便于检验 生成的气体等。电解含氯化钠的水会生成氢气和氯气,会 干扰实验结果,所以不能用氯化钠代替氢氧化钠。[总结交 流] 化学是以实验为基础的科学,改进实验时需考虑的因 素:改进实验要更易于操作;改进实验要具备更高的准确 性等。 7. (1) 氢气 (2) 水(气)+铁 高温 →氢气+四氧化三铁 (3) AD (4) 刚开始时,负极与正极产生的气体的体积比 大于2∶1 4 [解析] (1) 由卡文迪什制得的“可燃空气” 在纯氧中燃烧生成水可知,该“可燃空气”的成分为氢气。 (2) 水蒸气和铁在高温条件下反应生成氢气和四氧化三 铁,该反应的文字表达式为水(气)+铁 高温 →氢气+四氧化 三铁。(3) 氢氧化钠溶解在水中解离出钠离子和氢氧根离 子,可以增强导电性,A正确;电解实验过程是将电能转化 为化学能,B错误;管a与管b中气体的体积比约为1∶2, 则管a中气体为氧气,管b中气体为氢气,两者的质量比不 是1∶2,C错误;电解水时,产生的气体的体积远大于消耗 的水的体积,所以管a、管b中的液体被挤压入中间玻璃 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 41 管,导致中间玻璃管中液面上升,D正确。(4) 分析表中数 据可知,刚开始时,负极与正极产生的气体的体积比大于 2∶1,4min之后,每分钟内负极与正极产生的气体的体积 比都等于2∶1。 与电解水实验有关的注意点 1. 在实验中,观察到的现象是正、负极都有气泡产 生,且产生气体的体积比约为1∶2,而不是质量比。 2. 连接电源正极的玻璃管内产生的气体用带火星 的木条检验,木条复燃,证明是氧气;连接电源负极的玻 璃管内产生的气体用燃着的木条检验,气体能燃烧,产 生淡蓝色的火焰,证明是氢气。 3. 电解水所用电源为直流电,向水中加入少量稀硫 酸或氢氧化钠溶液,其目的是增强导电性。 4. 在实验过程中,连接电源正、负两极的两支玻璃 管中收集到的气体体积比往往小于1∶2,可能的原因有 氧气在水中的溶解能力比氢气强,部分氧气与电极发生 了化学反应等。 第二单元复习 ［知识体系构建］ 78% 21% 0.94% 0.03% 0.03% 保存食品,制造 氮肥、染料、炸药等 作焊接保护气,用于霓虹灯和激光技 术,用于填充探空气球等 分子是保持物质化学性质的 一种微观粒子 分子总是不断地运动着、分子与分子之间 存在间隔、分子的质量和体积都很小 分子由原子构成 原子是化学变化中的最小微观粒子 带电的原子(或原子 团) 阳离子 阴离子 具有相同核电荷数(即核内质子 数)的一类原子的总称 表示一种元素 表示某元素的 一个原子 由同种元素组成的纯净物 由不同种元素组 成的纯净物 仅由两种元素组成且其中一种是氧元素的 化合物 氢元素和氧元素 水 通电 →氢气+氧气 ［高频考点突破］ 典例1 D [解析] 氧气可用于医疗急救是因为氧气能供 给呼吸,A错误;氮气在一定条件下能与其他物质发生化 学反应,如与氧气在放电条件下化合,再进一步反应,从而 用于制造硝酸,B错误;干冰是固态二氧化碳的俗称,将二 氧化碳气体转化为固体,即可制得干冰,C错误;稀有气体 在通电时能发出不同颜色的光,可制成多种用途的电光 源,如航标灯等,D正确。 [跟踪训练] 1. D [解析] 氧气能供给生物呼吸,支持燃料 燃烧,A正确;植物的光合作用将二氧化碳和水转化为有 机物、释放出氧气,故二氧化碳是植物进行光合作用必需 的物质,B正确;氮气的化学性质不活泼,可用于食品防腐, C正确;稀有气体在通电时发出不同颜色的光,在此过程中 无新物质生成,发生的是物理变化,D错误。 典例2 D [解析] 该实验是利用铁生锈原理,消耗瓶内 的氧气,瓶内气体减少的体积即为氧气的体积,A选项说 法正确;为了减小实验误差,饮用水瓶需气密性好,防止瓶 外的空气及水进入或瓶内的空气逸出,造成实验误差,B选 项说法正确;实验测得氧气体积分数为850mL-778mL 345mL × 100%≈20.87%,C选项说法正确;瓶内空气中氧气的含量 是固定的,铁粉应过量,保证完全消耗瓶内氧气,当氧气消 耗完后,剩余铁粉不再发生反应,测得的氧气体积分数不 再变化,所以并不是铁粉用量越多,测得的氧气体积分数 越大,D选项说法不正确。 [跟踪训练] 2. (1) 红磷+氧气 点燃 →五氧化二磷 (2) 将氧 气完全消耗 36mL (3) 红磷燃烧放热,使瓶内气体受热 膨胀 反应消耗了氧气且温度逐渐降低,瓶内气体收缩 打开止水夹 (4) 实验中压强随时间的变化情况是先变大 再变小,先变大说明一开始反应放热,气体温度升高对压 强的影响大于氧气减少对压强的影响 [解析] (2) 实验 中红磷要足量的原因是将氧气完全消耗;氧气约占空气体 积的1 5 ,若集气瓶的容积为200mL,则理论上倒流入集气 瓶中的水的体积约为(200mL-20mL)×15=36mL 。 (3) 图乙中BC段压强升高,变化的原因是红磷燃烧放热, 使瓶内气体受热膨胀;CD 段压强减小,变化的原因是反应 消耗了氧气且温度逐渐降低,瓶内气体收缩;DE 段压强上 升到接近初始值,说明与大气压相近,此时打开了止水夹, 外部大气压将水压入集气瓶,使得集气瓶内外压强平衡, 故导致DE 段压强变化的实验操作是打开止水夹。 典例3 D [解析] 化学变化的实质是分子分成原子,原 子重新组合成新分子,在化学变化中,分子可以被创造也 可以被消灭,A选项说法正确。电子的质量很小,可以忽略 不计,原子得失电子变成离子后,质量几乎不变,但它们的 最外层电子数不同,化学性质差别很大,B选项说法正确。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 51